Ansys博客
July 27, 2022
什么是显式动力学？
这种现象可能发生在每个人身上。比如，当你伸手去接听电话，却没有将它抓好，突然，“哐当”一声！电话掉在坚硬的地板上。对于工程师来说，了解他们的产品在自由落体等情况下的表现，对于实现其安全和性能目标至关重要。为了在这些高度非线性的高速情况下测试其设计，他们采用了一种称为显式动力学分析的仿真方法。
显式动力学是一种时间积分方法，用于在速度起重要影响的情况下进行动态仿真。显式动力学考虑了快速变化的条件或不连续的事件，例如自由落体、高速撞击和施加的载荷。由于这些“非线性动力学”被集成到仿真中，因此显式动力学是仿真高度瞬态物理现象的首选。
显式动力学功能
显式动力学工具可帮助工程师探索一系列挑战：
- 短时间、复杂或不断变化的几何体相互作用（接触）
- 准静态载荷（低应变率）
- 高速和超高速撞击
- 高强度载荷导致严重材料变形
- 材料失效
- 材料碎片
- 侵彻力学
- 空间碎片撞击（超高速）
- 运动器材设计
- 具有非线性塑性响应的制造流程
- 跌落测试仿真
- 爆炸载荷
- 爆炸成型
- 爆炸结构相互作用
图1：Ansys显式动力学工具，可根据问题详情和用户专业知识帮助用户满足各种复杂问题的求解需求。
什么是Ansys显式动力学？
如果您的产品需要承受冲击或短时间的高压载荷，您可以采用Ansys显式动力学解决方案来改进其设计。特定的问题，需要高级分析工具来准确预测设计考量因素对产品或过程行为的影响。当开展物理测试的成本过于高昂或不可能完成时，利用其他途径深入了解这种复杂的现实情况就尤为重要。
Ansys显式动力学套件。可帮助您为承受高度非线性、瞬态动力载荷的产品捕获短时事件的物理特性。我们专业、精确且易于使用的显式动力学工具旨在最大限度地提高用户工作效率。
借助Ansys软件，工程师可以深入了解结构在承受高强度载荷时的响应方式。基于第一原理的算法可准确预测复杂的响应，例如严重材料变形和失效、几何体之间的相互作用以及具有快速变形结构的流体。高度复杂的问题，特别是具有高应变率的问题和其他采用通用隐式求解方法难以收敛的现象，可以使用复杂、先进的数学算法来求解。
对于大多数常见问题，默认设置都是安全合理的，这意味着您可以减少设置和运行问题的时间，而将更多时间用于优化产品的性能、耐用性和成本，并消除设计缺陷。
在许多情况下，显式动力学仿真结果的准确性只能通过与物理实验进行比较来验证。但对于某些问题（如爆炸），开展物理测试的成本可能过于高昂，甚至不可能完成。尽管如此，世界各地的Ansys用户仍然信赖我们显式仿真结果的精度。
隐式与显式分析
虽然隐式和显式方法都用于求解与时间相关的仿真，但决定使用哪种方法取决于要求解的问题。
当求解涉及轻度非线性的动态有限元分析（FEA）问题以及可以使用大时间步长时，使用隐式动力学。这包括：
- 静态平衡。
- 缓慢、线性和轻度非线性过程。
- 较大的时间增量。
当计算涉及材料变形或失效等快速变化的高度复杂和非线性问题时，使用显式动力学，例如：
- 跌落测试
- 冲击和侵彻
- 破坏
- 冲击波
- 大变形
哪种显式动力学工具适合您？
Ansys LS-DYNA是目前世界上使用最频繁的显式仿真程序，能够仿真跌落测试、冲击和侵彻、撞击和碰撞、乘员安全等应用。
Ansys Mechanical是业界一流的有限元求解器，具有结构、热学、声学、瞬态和非线性功能，可帮助求解最复杂的结构工程问题。
Autodyn具有一系列模型来表示复杂的物理现象，例如液体、固体和气体的相互作用；材料的相变；冲击波的传播；甚至爆炸。
对于求解高度瞬态、高度非线性仿真，显式动力学是时间积分方法的首选。如欲了解行业领先的显式仿真软件，请查看Ansys LS-DYNA多物理场求解器。